STL源码剖析-vector

STL(Standard Template Library)

我们使用库函数非常方便，且非常高效（相对于自己实现来说）。那如此好用的模板库它的内里是什么样的？它背着我们施展了什么“魔法”呢？我决定一探究竟，相信你也是一样。我会选用部分重要代码做分析，用来提升自己，希望后来的你在我的拙见中也能有自己的收获。

vector

数据存储方式：线性存储（一块连续内存），类似array。

相比于内置数组（不是array哦）的优势：动态扩容。（其实也不算什么优势，数组也完全可以做，只不过它把扩容过程高效安全地封装了起来。）

相比于array，优势就更大了，array的容量开始就是定死了的，无法扩容。

使用方法

 1 #include <iostream>
 2 #include <vector>
 3 #include <algorithm>
 4 using namespace std;
 5 
 6 // unique_ptr::get vs unique_ptr::release
 7 int main() 
 8 {
 9     //初始化
10     vector<int> vec;//声明，未初始化
11     vector<int> vec1(2, 5);//2个5 
12     vector<int> vec2 = { 1, 2, 3, 4, 5 };//直接初始化

13     //读取元素
14     cout << "第2个元素: " << vec2[1] << endl;
15     cout << "首元素: " << vec2.front() << endl;
16     cout << "尾元素: " << vec2.back() << endl;

17     //插入元素
18     vec1.insert(vec1.begin(), 999);//para1-插入位置，要迭代器即指针，para2-插入内容
19     vec2.push_back(888);//尾部插入
20     vec2.pop_back();//删除尾部，类似于stack，所以有时候也可以把vector当stack用

21     //删除元素
22     vec2.erase(vec2.end()-1);//参数也是迭代器类型，所以使用insert和erase时，最好用iterator来遍历

23     //排序
24     sort(vec2.begin(), vec2.end());//给出首位指针
25     sort(vec2.begin(), vec2.begin()+3);//甚至这样也可以，因为iterator本身就是类型指针
26 
27     //遍历--下标索引访问
28     cout << "vec1 : " ;
29     for (int i = 0; i < vec1.size(); ++i)
30     {
31         cout << vec1[i] << " ";
32     }
33 
34     //遍历--迭代器指针访问
35     cout << "\nvec2 : ";
36     vector<int>::iterator it;
37     for (it=vec2.begin(); it != vec2.end(); ++it)
38     {
39         cout << *it << " ";
40     }
41　　　//使用指针遍历vector
　　　　auto vec = new vector<int>(10, 8);
　　　　for(int i=0; i<vec->size(); i++)
　　　　　　cout << (*vec)[i] << "  ";

41     return 0;
42 }

好了，基本的用法就是这样。

底层是怎么实现的呢？

在STL源码中，vector类维护有三个迭代器（三个类型指针）start， finish， end_of_storage，分别代表头，尾（实际使用的）， vector 存储尾部（占用的，通常大于实际使用）。

当我们vector<TYPE>::iterator it;时，it就是TYPE* 类型指针，上述三个迭代器也是如此。

库函数的实现呢？

我们可以看出，通过上述的三个指针，几乎所有的操作都可以进行了。值得一提的是vector重载了[ ]，可以方便存取值。

需要注意的是，当我们访问尾元素时，迭代器可不是*.end()，而是*.end()-1。

那么我们再来探讨一下，有意思的东西。

插入元素时，预设的end_of_storage不够怎么办？怎么进行扩容。

再看源码！

整个的流程是：

1.先申请两倍内存，判断够不够，够进入2；否则，分配需要的大小；

2.拷贝要插入点之前的内容

3.构造插入元素顺次添加到后面

4.接着把之前插入点后面的内容拷贝到新的空间中

5.释放原来空间

来看一下GCC的vector扩容过程，大概是，不够就扩充为原来2倍，扩充为原来2倍还不够，则扩充至需要大小。

 1 int main()
 2 {
 3     vector<int> vec;
 4     for(int i=0; i<20; i++)
 5     {
 6         cout << "vector size= " << vec.size() << endl;
 7         cout << "vector capacity= " << vec.capacity() << endl;
 8         //cout << "vector max_size= " << vec.max_size() << endl;
 9         vec.push_back(i);
10     }
11     cout << "最后一次, 插入100个元素 " << endl;
12     vec.insert(vec.begin(), 100, 1);
13     cout << "vector size= " << vec.size() << endl;
14     cout << "vector capacity= " << vec.capacity() << endl;
15     //cout << "vector max_size= " << vec.max_size() << endl;
16 
17     return 0;
18 }

但是，vector最大空间是固定的。

我用同一段代码测试vector的最大空间 ，这里有一个疑问，要是超过额定最大空间又会怎么样？最后有尝试。

 1 int main()
 2 {
 3     vector<int> vec;
 4     for(int i=0; i<20; i++)
 5     {
 6         cout << "Max_size = " << vec.max_size() << endl;
 7         cout << "size = " << vec.size() << endl;
 8         vec.push_back(i);
 9         cout << "插入 " << i << endl;
10     }
11     return 0;
12 }